Задание 21 ЕГЭ по физике

$1)$ Если при данной температуре в сосуде одновременно присутствуют жидкость и пар, то пар является насыщенным. Давление насыщенного пара при фиксированной температуре определяется только температурой и не зависит от объема, т.е. $p=p_{\text{нас}}(T).$

$2)$ Уравнение состояния идеального газа (уравнение Клапейрона — Менделеева) для водяного пара имеет вид $pV=nRT$ где $p$ — давление пара, $V$ — объем пара, $n$ — количество вещества пара, $R$ — универсальная газовая постоянная, $T$ — абсолютная температура.

$3)$ При медленном (квазистационарном) выдвижении поршня процесс для пара можно считать изотермическим при той же температуре $T.$ Поскольку $p_{\text{нас}}(T)$ фиксировано, то при увеличении объема $V$ количество вещества пара $n$ должно увеличиться, чтобы сохранить $pV=nRT$ при неизменном $p$ и $T.$ Следовательно, молекулы пара должны появляться за счет испарения жидкости.

$4)$ Испарение означает переход вещества из жидкой фазы в паровую фазу, поэтому масса жидкости в сосуде уменьшается. Если жидкость в сосуде закончится, пар перестанет быть насыщенным и дальнейшее увеличение объема уменьшит давление, но пока жидкость присутствует, давление будет оставаться равным $p_{\text{нас}}(T)$ за счет испарения.

Итог: масса жидкости будет уменьшаться. Для объяснения использованы следующие физические закономерности: зависимость давления насыщенного пара только от температуры, уравнение состояния идеального газа $pV=nRT$ и принцип сохранения массы (испарение уменьшает массу жидкости и увеличивает массу пара).